Oscilloskop

Ja, jag förstår att det är svårt när man inte har en bild framför sig av hur denna typ av oscilloskop fungerar.

En "Cathode Ray Tube" skickar elektroner mot en flourocerande skärm. Där elektronstrålen träffar lyser en prick upp på skärmen.

x och y-plattorna avlänkar strålen med hjälp av det elektriska fältet.

Det här är en gammal teknik. Idag kan man inte köpa sådana här oscilloskop. De är lika omoderna som gamla "tjock-TV" apparater.

Med ovanstående sagt, jag har ett sånt här oscilloskop stående bredvid mig.

Det är från slutet av 80-talet. (1980-talet alltså).

Jag blir nästan lite tårögd när jag ser det,

Häftigt! Den mäter alltså hur elektrisk spänning varierar över tid eller hur två elektriska spänningar varierar i förhållande till varandra (wiki)? Vad är det man gör i denna fråga?

Vad använder man idag? (Istället för oscilloskopet) 

Är det dessa plattor man snackar om? Eller ligger de utanför oscilloskopet?

Tillägg: 15 mar 2024 17:11

Multimeter?

det är just dom plattorna det talas om, avlänkningsplattor, i x resp y led

Man använder fortfarande oscilloskop men dom görs med modernare teknik, dvs platta bildskärmar och mer digitalteknik.

När man skriver "plattorna i höjdled", menar man y plattorna antar jag. Där är fältstyrkan 17800 V/m. 

Tänker att man kunde beräkna hastigheten genom att ställa upp det såhär:

QU = mv²/2 och lösa ut v.

Men vi har inte någon spänning given. Hur är det tänkt att man ska lösa ut hastigheten? Hur ska man betrakta kaströrelsen? (vinkelrätt? men x eller y, den fortsätter väl rakt fram genom dessa plattorna?)

Jo, accelerationsspänningen är given. 1500 V. 

Den som går framåt är alltså den jag kan beräkna med sambandet i #7 och accelerationsspäningen insatt? 

Hur blir det för den i sidled och uppåt?

Jag hare försökt renodla bilden av CRTn:

En elektron har fått hastigheten v av accelerationsspänningen på 1500 V. (Du har ställt upp ett användbart  uttryck i inlägg #7) .
Sen passerar den de två paren med avlänkningsplattor i tur ock ordning. De påverkar elektronen med en kraft i vertikalled och horisontalled med under den tiden de passerar mellan dem. Sen fortsätter den i den riktningen den har när den lämnat de sista plattorna

Jag har räknat hur den kommer in framåt,

Sidled och höjdled:

Elektronen kommer väl bara in horisontellt, ska man räkna med att den kommer in vinkelrätt eller är det ett vanligt "kaströrelse"?

När elektronen passerat katoden (som accelererar den mot skärmen) har den konstant hastighet i den riktningen. 

När den sen kommer in mellan de två första plattorna påverkas den av en kraft riktad mot den ena plattan, så länge elektronen är mellan plattorna kan man hantera det som en kaströrelse. Tyngdkraften kan man bortse från.

Samma sak när den kommer in mellan nästa plattpar, men då sker avlänkningen i en annan ledd.

Om jag tolkar texten i uppgiften rätt är plattorna placerade i en annan ordning än på bilden i #2

Jag hänger inte med på hur jag ska beräkna detta.

Att utföra beräkningarna är inte problemet. Det som nu är otydligt för mig är hur jag ska översätta informationen för att sedan ställa upp det. (Förstå hur elektronerna kommer in och egentligen vilket led man ska ha i åtanke)

Kraften på elektronen ges av F = EQ

där F är kraften, E är fältstyrkan och Q är laddningen

sen gäller den gamla vanliga F = ma

Om du beräknar hur lång tid elektronen är mellan plattorna får du fram hur lång tid den utsätts för kraft dvs acceleration

Sen är det de vanliga rörelselagarna som gäller, s =at*2/2, v = at osv

Okej tack men hur kommer elektronerna in? Det är det jag hakar upp mig på, känner att jag fortfarande inte är med på hur det ser ut och hur det påverkar elektronens rörelse (om den är i x eller y led)                

Kollade facit nu men det är en del saker som är oklara.

1. Hur kommer det sig att man kan beräkna tiden elektronen befinner sig mellan plattorna genom s=vt, och att den (t) är samma för båda? De har ju olika spänning och olika positioner (sidled, höjdled), påverkar inte det hur elektronen kommer böja av?

2. Kopplat tilll förgående fråga, varför sätter man värdet på v (i formeln) som den hastighet man räknade för elektronen framåt? Visst den kanske är konstant men vad är det för hastighet i sidled och höjdled annars?

titta på bilden i #10, elektronerna kommer farande från vänster 

Hastigheten åt höger är konstant efter katoden, men tiden den är inne mellan plattorna är olika eftersom plattornas längd är olika

Plattorna ger elektronerna en hastighet i x och y led medan rörelsen åt höger är i z led, den hastigheten är konstant eftersom det inte finns någon kraft som påverkar elektronerna i den riktningen.

Jämför med kaströrelse, man kan räkna på rörelse i x och y led var för sig. 

men tiden den är inne mellan plattorna är olika eftersom plattornas längd är olika

Är inte det samma längd? 5cm.

Men förstår dock fortfarande inte varför man vid beräkning av tiden då elektronen är mellan plattorna (s=vt) räknar med den hastigheten (v) som gick rakt fram (den man fick genom tidigare beräkning #7)

och att man sedan efter beräkning av (t) får att det är samma (t) för båda plattorna (sidled & höjdled) trots de har olika spänning?

Det röda är fältet och svarta är elektronens färd. (Jag vet inte om riktningen på fältet är så men bara förenkling). Så man tänker att det gröna området är dens färd "framåt"?

Jo, jag läste fel. Plattorna är lika långa. 

Det är avståndet till skärmen som är olika

Men förstår dock fortfarande inte varför man vid beräkning av tiden då elektronen är mellan plattorna (s=vt) räknar med den hastigheten (v) som gick rakt fram (den man fick genom tidigare beräkning #7)

och att man sedan efter beräkning av (t) får att det är samma (t) för båda plattorna (sidled & höjdled) trots de har olika spänning?

Om elektronen bara går rakt fram så är tiden givetvis samma mellan de två plattparen.

I det första plattparet tillför vi en rörelse i sidled, genom kraften från fältet mellan plattorna.

Men vi har ingen kraft i längsled som påverkar elektronens hastighet framåt, utan den hastigheten är oförändrad.

Samma sak vid passagen av nästa plattpar, nu kommer elektronen in med en riktning som är lite snett åt sidan, säg ut från papprets plan, och tillförs en hastighet uppåt, men hastigheten i de andra två riktningarna påverkas inte utan den rörelsen är oförändrad. Det finns ju ingen kraft som påverkar åt de hållen.

I och med att hastigheten i längdriktningen är konstant genom hela röret blir tiden mellan plattorna densamma.

Jämför med när du kastar en boll snett uppåt.

den rörelsen kan du dela upp i x och y led. i y led får vi en acceleration pga tyngdkraften, men hastigheten i x led är oförändrad.

Samma sak med elektronen, bara det att det inte är tyngdkraften som ger accelerationen och att vi rör oss i 3 dimensioner.

Överlag, hur vet man vilken formel man ska utgå från för att få fram tid eller hastighet vid sådana liknande problem? Finns det någon teori bakom detta så man vet vilken man ska välja?

Förstår att den ena (s=vt) är för när det är konstant acceleration och i x-led och de andra med v=at , s=1/2at² är för y led och en acceleration som varierar. Men hade trots det svårt att avgöra vilken som skulle användas och även lite överlag vad gäller sådana frågor.

Det finns formler för hur laddningar påverkas i ett magnetiskt eller elektriskt fält.

(s=vt) är för när det är konstant acceleration

Den gäller för konstant hastighet, inte konstant acceleration. Så i ditt fall gäller den för elektronens rörelse vänster-till-höger.
Jag tänker mig att x-led är in eller ut ur pappret, y led upp eller ner och så finns axeln i vänster-höger.
Kraftpåverkan, och därmed acceleration, sker mellan plattorna. I x- och y-led.

Den gäller för konstant hastighet, inte konstant acceleration.

Uttryckte mig fel. Tack för påpekandet.

Så i ditt fall gäller den för elektronens rörelse vänster-till-höger. Jag tänker mig att x-led är in eller ut ur pappret, y led upp eller ner och så finns axeln i vänster-höger. Kraftpåverkan, och därmed acceleration, sker mellan plattorna. I x- och y-led.

Har du lust att förklara mer hur du menar här. Tack på förhand

Elektronen färdas med konstant hastighet åt höger i bilden, d v s i z-riktningen. När den kommer in mellan "x-plattorna" avböjs den i riktning ut framför pappret eller bakom pappret. När den kommer mellan "y-plattorna" avböjs den uppåt eller neråt.

Hur avgör man när den får en acceleration? Varför är det konstant hastighet först rakt fram men när den kommer in i fältet ska man räkna med "konstant acceleration formeln"?

Det är hela tiden samma hastighet "fakt fram", d v s i z-riktningen. Innan elektronen kommer till x-plattorna och y-plattorna är accelerationen i x-riktning respektive y-riktning 0. När de kommer fram till plattorna accelereras de i x-led respektive y-led, eftersom de kommer in i ett kraftfält. Hastigheten i z-led är fortfarande konstant.

Jaha så när man beräknar hastigheten i sidled och höjdled menar man hastigheten för y-riktningen när elektronen befinner sig i plattorna?

plusminus skrev:

Jaha så när man beräknar hastigheten i sidled och höjdled menar man hastigheten för y-riktningen när elektronen befinner sig i plattorna?

Man menar i x-riktningen och y-riktningen. Titta på bilden i inlägg #2.

Ja det är jag med på. Men jag tror jag bara blandar ihop begreppen, ska försöka förtydliga.

Vid kaströrelse finns det hastighet i y-led och x-led. (horisontellt kast)

Den är konstant i x-led, och det är den hastigheten som man beräknar som "rakt fram". Sedan frågar de efter hastigheten "i sidled och höjdled", är det då beräkning av elektronens färd i y-led (kaströrelsen)?

Om jag hade kastat en boll precis rakt framåt, och det hade funnits en dragningskraft som fick bollen att svänga av åt höger också, förutom gravitationen som fr billen att falla neråt, så hade situationen varit som i oscilloskopet.

Men räknar man inte bara med "konstant acceleration formler" om laddningarna kommer in vinkelrätt i fälten?

Här går den bara igenom plattorna och plattorna drar den antigen upp eller ner.

Det ena paret plattor drar upp eller ner, det andra paret plattor drar utåt eller inåt (eller höger/vänster om man tänker sig att man står framför oscilloskopets skärm, d v s att elektronerna kommer rakt in i ens ansikte).

Så det räcker egentligen med att kolla på fältets riktning och hur laddningarna kommer in? I det här fallet kommer laddningarna in vinkelrätt mot fältets riktning och därmed räknar man med "konstant acceleration" formeln?

plusminus skrev:

I det här fallet kommer laddningarna in vinkelrätt mot fältets riktning och därmed räknar man med "konstant acceleration" formeln?

Tänk på samma sätt som med gravitationsfältet på jorden, som är nedåt med g = 9,82 N/kg, spelar ingen roll om du kastar bollen rakt upp eller skjuter en kula horisontellt.

spelar ingen roll om du kastar bollen rakt upp eller skjuter en kula horisontellt.

Hur avgör man vilka formler man ska utgå från? Eller rättare sagt hur vet man om det är en konstant hastighet eller acceleration? Om det inte står givet och kanske inte är helt klart.

I just den här uppgiften tycker jag att man kunde ha förklarade lite tydligare hur ett oscilloskop - när jag gick på gymnasiet så räckte det ganska långt att förklara att ett oscilloskop i stort sett fungerar likadant som en TV-apparat, men det stämmer inte längre.

plusminus skrev:

spelar ingen roll om du kastar bollen rakt upp eller skjuter en kula horisontellt.

Hur avgör man vilka formler man ska utgå från? Eller rättare sagt hur vet man om det är en konstant hastighet eller acceleration? Om det inte står givet och kanske inte är helt klart.

Det var en bra och viktig fråga! Tänk

$\sum _{}^{}F=ma$  

Dvs accelerationen i en riktning vid en viss tidpunkt bestäms av hur kraftresultanten i den riktningen ser ut vid den tidpunkten.

Är kraftresultanten noll, så är accelerationen noll (dvs hastigheten konstant). Detta gäller i z-riktningen, dvs i elektronens rörelseriktning framåt för alla tider _efter_ att den har accelererats av accelerationsspänningen.

Är kraftresultanten konstant i någon riktning, så är accelerationen konstant i den riktningen. Detta gäller i x-riktning och y-riktning under de tidsperioder som elektronen passerar respektive plattpar.

Var det svar på din fråga?